分子识别功能纳米核壳组装体构造及其金属增强荧光效应

Metal-enhanced fluorescence (MEF) is a signal amplification pathway for photophysical process of fluorescence. The results in our previous studies demonstrated that it was beneficial for noble metal nanoparticles assemblies to have different constructors and the appropriate distance between them in order to get various localized surface plasmons resonance (LSPR). In this proposal, based on the results of finite difference time domain (FDTD), we designed and prepared AuNPs, AgNPs and triAgNPs with different LSPR, and make them coated with poly (N- isopropylacrylamide) (PNIPAM) forming a thermo-sensitive core-shell nano-assembly, respectively. Their stability in aqueous solutions will be measured by dynamic light scattering and ultraviolet-visible absorption spectra, their morphology will be observed via transmission electron microscopy, and their thermo-sensitivity will be studied by fluorescence spectra. Then, AuNPs/AgNPs@PNIPAM/PFV dimer will be prepared by fluorescent molecules tagged double-stranded DNA (dsDNA) and LSPR coupling effect will be obtained by regulating the distance with synergistic effect of DNA and PNIPAM; their significant MEF effect and stokes shift will be measured by fluorescence spectra and fluorescence lifetime, ultrasensitive method for detecting ATP will be developed.

金属增强荧光（MEF）是一种荧光光物理过程信号放大途径。项目组前期研究表明制备不同贵金属纳米粒子，调控其形成组装体构造子间距，有利于调控组装体局域表面等离子体共振（LSPR）效应。本项目基于时域有限差分法（FDTD）设计、制备球形AuNPs、球形AgNPs、具有不同LSPR三角形AgNPs（triAgNPs）；分别包覆聚(N-异丙基丙烯酰胺)（PNIPAM）形成温敏核-壳纳米组装体，采用动态光散射技术和紫外-可见吸收光谱研究其水溶液稳定性；采用透射电子显微镜研究其微观形貌；采用荧光光谱研究其壳层环境响应性。通过荧光标记双链DNA（dsDNA）介导形成AuNPs/AgNPs@PNIPAM/PFV二聚体，由DNA和PNIPAM协同调节距离，获得既定耦合LSPR效应；通过荧光发射光谱测定和荧光寿命分析证实该体系具有显著的MEF效应以及可调控的stokes位移，建立ATP的高灵敏检测新方法。

金属增强荧光（MEF）是一种荧光光物理过程信号放大途径，源于金属纳米粒子（组装体）附近激发态荧光分子与金属纳米粒子（组装体）局域表面等离子体共振（LSPR）之间的耦合作用，这一作用使得荧光物种的荧光发射强度较其自由态荧光发射强度显著增加，从而进一步提高了荧光分析法的灵敏度。.本项目以Mie 散射理论为基础，借助时域有限差分法（FDTD），从理论上模拟了4个系列金银纳米粒子、3个系列金银纳米粒子二聚体、2种类型金纳米粒子组装体的表面等离子体电磁场分布情况。研究结果为具有既定功能和结构的金银纳米粒子组装体的设计与构建提供了理论依据。.基于还原法、种子生成法制备了不同尺寸球形AuNPs/AgNPs、不同长径比AuNRs、不同LSPR效应三角形AgNPs（triAgNPs），基于可逆加成-断裂链转移（RAFT）自由基聚合结合醇解法合成了合成了不同分子量的双亲性嵌段共聚物聚苯乙烯-聚氮异丙基丙烯酰胺（PSt-PNIPAM-CTA）以及终端被还原为巯基的双亲性高分子PSt-PNIPAM-SH，基于静电作用、自组装作用、超声乳化作用等构建了AuNPs-AuNPs、AuNRs-AuNPs、PNIPAM-AuNPs、脂质体-AuNPs等组装体。结合多种分析测试和结构表征手段，系统研究了上述制得构造子及其组装体光谱特征、化学结构、微观形貌、稳定性能、环境响应性、作用机理等。研究结果为结构化纳米组装体的构建提供了多样化选择，为功能化纳米组装体的定制提供了构建基础。.基于ATP-ATP适配体、CEA-CEA抗体、线粒体-靶体等之间的特异性相互识别作用，构建了具有ATP小分子、生物大分子、亚细胞器等不同识别功能LSPR可调控环境响应型核壳纳米组装体，结合多种表征手段系统研究了其结构依赖的功能识别作用。该研究结果表明，赋予以AuNPs为代表的环境响应型贵金属纳米核壳组装体分子识别功能，该体系在生物分子检测、深部癌症成像与治疗方面具有潜在价值。